CN117040083A - 一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法及系统，涉及电源管理领域，该系统包括：负载充电模块，包括第一常关型氮化镓功率开关电路，并联有第二常关型氮化镓功率开关电路；切换开关模块，包括第一常关型氮化镓开关和第二常关型氮化镓开关；温度检测模块，包括第一温度检测组件和第二温度检测组件；温度调节模块，包括第一温度调节组件和第二温度调节组件；电源管理模块，用于接收第一温度检测组件和/或第二温度检测组件采集的数据，控制第一温度调节组件和/或第二温度调节组件工作，控制第一常关型氮化镓开关和第二常关型氮化镓开关的状态，具有根据温度情况，调整电源的工作方式，保证电源的稳定性的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电源管理领域，特别涉及一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法及系统。
背景技术
在智能电网、移动通信以及新能源汽车等新兴产业的牵引下，电力电子应用系统要求进一步提高系统的效率、小型化和增加功能，特别要求电路应用在尺寸、质量、功率和效率之间的权衡，比如服务器电源管理、电池充电器和太阳能电场的微逆变器。上述应用要求电力电子系统在设计效率>95％的同时，还具有高的功率密度(>500W/in3，即30.5W/cm3)、高比功率(10kW/磅,22kW/kg)和高总负载点(>1000W)。随着超结MOSFET和绝缘栅双极晶体管(IGBT)的出现和应用普及，器件性能逐渐接近硅材料的极限，每四年功率密度提升1倍的规律趋于饱和(功率电子领域的摩尔定律)，功率密度仅为个位数的硅基功率半导体器件的开发由于上述原因而困难重重。
氮化镓功率器件在开关速度上的突破是氮化镓功率器件与传统硅功率器件相比主要的差异，氮化镓功率器件具有更高的临界击穿电场，所以它不但可以承受从漏极到源极更高的电压，而且导通电阻比硅基MOSFET要小，损耗更小。此外，氮化镓电子迁移率更高，这样的器件要比硅基MOSFET体积小很多，速度却更快，因此在较短的时间内就吸引了工业界的关注，从事应用研究的学者们也开展了大量的研究工作，将其应用到POL、DC/DC等低压、小功率的电源装置中。研究表明，用GaN器件替换Si器件可以大幅度提高开关频率，同时保持了良好的效率指标。毫无疑问，在低压、小功率应用中，GaN器件将会获得越来越普遍的应用，并极大的促进这些领域电源装置在功率密度、效率等方面的性能的提高。
常规AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)为常开型器件，在实际工作中需要加载额外的栅电压截止沟道，造成了较复杂的电路设计以及不必要的功耗，同时还存在着较大的安全风险。鉴于常开型器件在实际操作中的不足，常关型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)成为发展的方向。例如，基于常关型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)设计并生产充电桩。然而由于目前材料与器件工艺等的限制，GaN功率器件在大功率工作时由于晶格、杂质等散射会形成载流子碰撞、产生高温，并在自热效应的存在下，GaN功率器件的稳定性和可靠性会受到严重影响，可以说，温度是GaN功率器件的致命影响因素之一，对GaN功率器件工作温度的实时监控及调节管理有着十分重要的作用。
因此，需要提供一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法及系统，用于保证基于GaN高电子迁移率晶体管的电源的稳定性。
发明内容
本说明书实施例之一提供一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，包括：负载充电模块，包括依次电性连接的输入滤波电路、第一常关型氮化镓功率开关电路、开关变压器及输出整流滤波电路，所述第一常关型氮化镓功率开关电路上还并联有第二常关型氮化镓功率开关电路，所述输出整流滤波电路的输出端与负载电性连接；切换开关模块，包括第一常关型氮化镓开关及第二常关型氮化镓开关，其中，所述第一常关型氮化镓开关串联在所述输入滤波电路与所述第一常关型氮化镓功率开关电路之间，所述第二常关型氮化镓开关串联在所述输入滤波电路与所述第二常关型氮化镓功率开关电路之间；温度检测模块，包括设置在第一常关型氮化镓功率开关电路的第一温度检测组件和设置在所述第二常关型氮化镓功率开关电路的第二温度检测组件；温度调节模块，包括设置在第一常关型氮化镓功率开关电路的第一温度调节组件和设置在所述第二常关型氮化镓功率开关电路的第二温度调节组件；电源管理模块，用于接收所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，还用于基于所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，控制所述第一温度调节组件和/或所述第二温度调节组件工作，还用于基于所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，控制所述第一常关型氮化镓开关和所述第二常关型氮化镓开关的状态。
在一些实施例中，所述第一常关型氮化镓功率开关电路的结构与所述第二常关型氮化镓功率开关电路的结构一致；所述第一常关型氮化镓功率开关电路包括第一常关型氮化镓功率晶体管、第二常关型氮化镓功率晶体管、第三常关型氮化镓功率晶体管及第四常关型氮化镓功率晶体管，其中，所述第一常关型氮化镓功率晶体管、所述第二常关型氮化镓功率晶体管、所述第三常关型氮化镓功率晶体管及所述第四常关型氮化镓功率晶体管组成全桥电路；所述第一常关型氮化镓功率开关电路还包括第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、第三栅极驱动器及第四栅极驱动器，其中，所述第一栅极驱动器用于驱动所述第一常关型氮化镓功率晶体管的栅极，所述第二栅极驱动器用于驱动所述第二常关型氮化镓功率晶体管的栅极，所述第三栅极驱动器用于驱动所述第三常关型氮化镓功率晶体管的栅极，所述第四栅极驱动器用于驱动所述第四常关型氮化镓功率晶体管的栅极。
在一些实施例中，所述电源管理模块还用于获取所述负载对应的目标充电电压，通过所述第一栅极驱动器、所述第二栅极驱动器、所述第三栅极驱动器及所述第四栅极驱动器控制所述第一常关型氮化镓功率晶体管、所述第二常关型氮化镓功率晶体管、所述第三常关型氮化镓功率晶体管及所述第四常关型氮化镓功率晶体管的开关频率或开关时间。
在一些实施例中，所述第一温度检测组件和所述第二温度调节组件的结构一致；所述第一温度检测组件包括设置在所述第一常关型氮化镓功率开关电路的多个位置处的多个第一温度感应元件。
在一些实施例中，所述第一温度调节组件与所述第二温度调节组件结构一致；所述第一温度调节组件包括设置在所述第一常关型氮化镓功率开关电路的多个位置处的多个降温单元，其中，所述降温单元包括第五常关型氮化镓功率晶体管、第五栅极驱动器及并联的多个降温元件，所述第五栅极驱动器用于驱动所述第五常关型氮化镓功率晶体管的栅极，外接电源与所述多个降温元件之间串联有所述第五常关型氮化镓功率晶体管，所述第五栅极驱动器与所述电源管理模块电性连接；所述降温元件包括相互联结的N型半导体件及P型半导体件。
在一些实施例中，所述电源管理模块基于所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，控制所述第一温度调节组件和/或所述第二温度调节组件工作，包括：当所述第一常关型氮化镓开关处于导通状态，且所述第二常关型氮化镓开关处于截止状态时，基于所述第一温度检测组件采集的数据，判断所述第一常关型氮化镓功率开关电路的温度处于异常状态，控制所述第一温度调节组件工作；当所述第一常关型氮化镓开关处于截止状态，且所述第二常关型氮化镓开关处于导通状态时，基于所述第二温度检测组件采集的数据，判断所述第二常关型氮化镓功率开关电路的温度处于异常状态，控制所述第二温度调节组件工作。
在一些实施例中，所述电源管理模块判断所述第一常关型氮化镓功率开关电路的温度处于异常状态，控制所述第一温度调节组件工作，包括：基于所述第一温度检测组件采集的数据，通过预设匹配算法，从所述多个降温单元中确定多个目标降温单元；通过每个所述目标降温单元的第五栅极驱动器控制所述目标降温单元工作。
在一些实施例中，所述电源管理模块基于所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，控制所述第一常关型氮化镓开关和所述第二常关型氮化镓开关的状态，包括：所述第一温度调节组件工作过程中，通过所述第一温度检测组件在所述第一温度调节组件工作过程中的多个时间点采集的温度数据，确定第一温度变化速率，当所述第一温度变化速率不满足预设要求时，控制所述第一常关型氮化镓开关处于截止状态并控制所述第二常关型氮化镓开关处于导通状态；或，所述第二温度调节组件工作过程中，通过所述第二温度检测组件在所述第二温度调节组件工作过程中的多个时间点采集的温度数据，确定第二温度变化速率，当所述第二温度变化速率不满足所述预设要求时，控制所述第二常关型氮化镓开关处于截止状态并控制所述第一常关型氮化镓开关处于导通状态。
在一些实施例中，所述多个第一温度感应元件和所述多个降温单元的位置基于所述第一常关型氮化镓功率开关电路的元件参数确定。
本说明书实施例之一提供一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法，应用于上述的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，包括：检测到电性连接负载后，控制第一常关型氮化镓开关处于导通状态，并控制第二常关型氮化镓开关处于截止状态；获取所述负载对应的目标充电电压，通过第一常关型氮化镓功率开关电路包括的第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、第三栅极驱动器及第四栅极驱动器控制所述第一常关型氮化镓功率开关电路包括的第一常关型氮化镓功率晶体管、第二常关型氮化镓功率晶体管、第三常关型氮化镓功率晶体管及第四常关型氮化镓功率晶体管的开关频率或开关时间；第一温度检测组件在第一充电时间段采集数据；基于所述第一温度检测组件在第一充电时间段采集的数据，控制第一温度调节组件工作；所述第一温度检测组件在第二充电时间段采集数据；基于所述第一温度检测组件在第二充电时间段采集的数据，确定所述第一常关型氮化镓功率开关电路的第一温度变化速率；当所述第一温度变化速率不满足预设要求时，控制所述第一常关型氮化镓开关处于截止状态并控制所述第二常关型氮化镓开关处于导通状态。
相比于现有技术，本说明书提供的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法及系统，至少具备以下有益效果：
1、通过设置温度检测模块和温度调节单元，实现常关型氮化镓功率开关电路的温度监控及调节，保证电源的稳定性，进一步地，在温度调节失效时，及时切换第一常关型氮化镓功率开关电路和第二常关型氮化镓功率开关电路，利用常关型氮化镓开关管开关速度快的特性，实现了功率开关电路的切换，避免了温度异常的功率开关电路继续工作导致损毁，并保证了负载充电的有效进行；
2、基于第一温度检测组件采集的数据，通过预设匹配算法，从多个降温单元中确定多个目标降温单元，可以实现降温方案的灵活调整，减少温度调节模块的能耗的同时，保证温度调节的效果；
3、感应元件和降温单元的位置基于常关型氮化镓功率开关电路的元件参数确定，可以对不同结构的电源设置不同的温度检测及温度调节方案，实现个性化匹配，使得采集的温度数据更加有效，并提高了温度调节的效果。
附图说明
本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
图1是根据本说明书一些实施例所示的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统的模块示意图；
图2是根据本说明书一些实施例所示的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法的流程示意图；
图3是根据本说明书一些实施例所示的负载充电模块及切换开关模块的模块示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。
如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
图1是根据本说明书一些实施例所示的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统的模块示意图，如图1所示，一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统可以包括负载充电模块、切换开关模块、温度检测模块、温度调节模块及电源管理模块。下面依次对各个模块进行说明。
图3是根据本说明书一些实施例所示的负载充电模块及切换开关模块的模块示意图，如图3所示，负载充电模块可以包括依次电性连接的输入滤波电路、第一常关型氮化镓功率开关电路、开关变压器及输出整流滤波电路，第一常关型氮化镓功率开关电路上还并联有第二常关型氮化镓功率开关电路，输出整流滤波电路的输出端与负载（例如，汽车电池等）电性连接。
可以理解的，交流电首先通过输入滤波电路由脉动的交流电转换成平稳的高压直流电，电源管理模块开始工作，控制第一常关型氮化镓功率开关电路进行开关，第一常关型氮化镓功率开关电路开通时，开关变压器储存能量，利用电磁感应和互感原理，第一常关型氮化镓功率开关电路关断时，变压器向输出提供能量，经输出整流滤波电路，得到平滑稳定的直流电压，为负载供电。
在一些实施例中，第一常关型氮化镓功率开关电路的结构与第二常关型氮化镓功率开关电路的结构一致，下面以第一常关型氮化镓功率开关电路为例，对第一常关型氮化镓功率开关电路和第二常关型氮化镓功率开关电路的结构进行说明。第一常关型氮化镓功率开关电路包括第一常关型氮化镓功率晶体管、第二常关型氮化镓功率晶体管、第三常关型氮化镓功率晶体管及第四常关型氮化镓功率晶体管，其中，第一常关型氮化镓功率晶体管、第二常关型氮化镓功率晶体管、第三常关型氮化镓功率晶体管及第四常关型氮化镓功率晶体管组成全桥电路。第一常关型氮化镓功率开关电路还包括第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、第三栅极驱动器及第四栅极驱动器，其中，第一栅极驱动器用于驱动第一常关型氮化镓功率晶体管的栅极，第二栅极驱动器用于驱动第二常关型氮化镓功率晶体管的栅极，第三栅极驱动器用于驱动第三常关型氮化镓功率晶体管的栅极，第四栅极驱动器用于驱动第四常关型氮化镓功率晶体管的栅极。
在一些实施例中，电源管理模块可以用于获取负载对应的目标充电电压，通过第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、第三栅极驱动器及第四栅极驱动器控制第一常关型氮化镓功率晶体管、第二常关型氮化镓功率晶体管、第三常关型氮化镓功率晶体管及第四常关型氮化镓功率晶体管的开关频率或开关时间，以使得负载充电模块输出与负载的状态电压匹配的直流电。
如图3所示，切换开关模块可以包括第一常关型氮化镓开关及第二常关型氮化镓开关，其中，第一常关型氮化镓开关串联在输入滤波电路与第一常关型氮化镓功率开关电路之间，第二常关型氮化镓开关串联在输入滤波电路与第二常关型氮化镓功率开关电路之间。
温度检测模块可以包括设置在第一常关型氮化镓功率开关电路的第一温度检测组件和设置在第二常关型氮化镓功率开关电路的第二温度检测组件。
在一些实施例中，第一温度检测组件和第二温度调节组件的结构一致。第一温度检测组件包括设置在第一常关型氮化镓功率开关电路的多个位置处的多个第一温度感应元件。在一些实施例中，第一温度检测组件可以包括多路信号处理电路，其中，一路信号处理电路对应一个第一温度感应元件，第一温度感应元件可以包括热敏电阻。多个热敏电阻可以设置在第一常关型氮化镓功率开关电路上的多个位置处。
在一些实施例中，多个第一温度感应元件、多个降温单元的位置及每个降温单元包括的降温元件的数量可以基于第一常关型氮化镓功率开关电路的元件参数确定。其中，元件参数可以包括特征参数、位置参数及发热故障参数，以电阻为例，电阻的特征参数可以包括阻值、功率等。以电容为例，电容的特性参数可以包括容量、额定电压等。元件参数的位置参数可以包括元件在第一常关型氮化镓功率开关电路的位置及相邻的元件的特征参数。发热故障参数可以表征该元件因发热发生故障的频率。温度故障参数可以通过测试数据得到。
具体的，可以通过以下公式基于特征参数、位置参数及温度故障参数计算元件的发热故障概率：
其中，为第i个元件的发热故障概率，/>为归一化后的第i个元件的发热量，可以基于第i个元件的特征参数/>确定，/>为归一化后的第i个元件的相邻元件的发热量之和，/>为归一化后的第i个元件的第j个相邻元件的发热量，其中，/>可以基于第j个相邻元件的特征参数确定，/>为归一化后的第i个元件的发热故障参数，/>、/>及/>均为预设权重。
仅作为示例的，可以将发热故障概率大于预设概率阈值的元件作为目标元件，在每个目标元件的附近设置一个热敏电阻。又示例的，可以基于任意两个目标元件之间的距离，基于热敏电阻的感应范围，确定第一预设距离阈值，基于任意两个目标元件之间的距离和第一预设距离阈值对多个目标元件进行聚类，确定多个温度感应区域，在该温度感应区域的中心设置一个热敏电阻。
在一些实施例中，对于每个温度感应区域，可以基于该温度感应区域包括的每个元件的发热量，确定用于对该温度感应区域进行温度调节的降温元件的数量。
例如，可以通过以下公式基于该温度感应区域包括的每个元件的发热量，确定用于对该温度感应区域进行温度调节的降温元件的数量：
其中，为用于对第k个温度感应区域进行温度调节的降温元件的数量，/>为第k个温度感应区域包括的第l个元件的发热量，L为第k个温度感应区域包括的元件的总数，为单个降温元件的散热量。
温度调节模块可以包括设置在第一常关型氮化镓功率开关电路的第一温度调节组件和设置在第二常关型氮化镓功率开关电路的第二温度调节组件。
在一些实施例中，第一温度调节组件与第二温度调节组件结构一致，下面以第一温度调节组件为例，对第一温度调节组件和第二温度调节组件的结构进行说明。第一温度调节组件包括设置在第一常关型氮化镓功率开关电路的多个位置处的多个降温单元，其中，降温单元包括第五常关型氮化镓功率晶体管、第五栅极驱动器及并联的多个降温元件，第五栅极驱动器用于驱动第五常关型氮化镓功率晶体管的栅极，外接电源与多个降温元件之间串联有第五常关型氮化镓功率晶体管，第五栅极驱动器与电源管理模块电性连接；降温元件包括相互联结的N型半导体件及P型半导体件。可以理解的N型半导体件及P型半导体件接触形成PN结，伴随着热量的传递，实现对第一常关型氮化镓功率开关电路的制冷。
电源管理模块可以用于接收第一温度检测组件和/或第二温度检测组件采集的数据，还用于基于第一温度检测组件和/或第二温度检测组件采集的数据，控制第一温度调节组件和/或第二温度调节组件工作，还用于基于第一温度检测组件和/或第二温度检测组件采集的数据，控制第一常关型氮化镓开关和第二常关型氮化镓开关的状态。
在一些实施例中，电源管理模块基于第一温度检测组件和/或第二温度检测组件采集的数据，控制第一温度调节组件和/或第二温度调节组件工作，包括：
当第一常关型氮化镓开关处于导通状态，且第二常关型氮化镓开关处于截止状态时，基于第一温度检测组件采集的数据，判断第一常关型氮化镓功率开关电路的温度处于异常状态，控制第一温度调节组件工作；
当第一常关型氮化镓开关处于截止状态，且第二常关型氮化镓开关处于导通状态时，基于第二温度检测组件采集的数据，判断第二常关型氮化镓功率开关电路的温度处于异常状态，控制第二温度调节组件工作。
在一些实施例中，控制第一温度调节组件进行工作的流程与控制第二温度调节组件进行工作的流程一致，下面以控制第一温度调节组件进行工作的流程为例进行说明。
具体的，电源管理模块可以基于第一温度检测组件在多个时间点采集的数据，判断第一常关型氮化镓功率开关电路的温度处于异常状态。例如，对于每个温度感应区域，可以通过以下公式基于第一温度检测组件在多个时间点采集的数据，确定断第一常关型氮化镓功率开关电路的温度处于异常状态的概率：
其中，为第一常关型氮化镓功率开关电路的温度处于异常状态的概率，为第一常关型氮化镓功率开关电路的第k个温度感应区域的温度处于异常状态的概率，K为第一常关型氮化镓功率开关电路包括的温度感应区域总数，/>为第一常关型氮化镓功率开关电路的第k个温度感应区域在f时刻的温度，/>为第一常关型氮化镓功率开关电路的第k个温度感应区域对应的预设标准温度，/>可以基于温度感应区域包括的每个元件的特征参数确定，/>为第一常关型氮化镓功率开关电路的第k个温度感应区域对应的权重。
在一些实施例中，当第一常关型氮化镓功率开关电路的温度处于异常状态的概率大于第一预设概率阈值时，判断第一常关型氮化镓功率开关电路的温度处于异常状态。
在一些实施例中，电源管理模块判断第一常关型氮化镓功率开关电路的温度处于异常状态，控制第一温度调节组件工作，包括：
基于第一温度检测组件采集的数据，通过预设匹配算法，从多个降温单元中确定多个目标降温单元；
通过每个目标降温单元的第五栅极驱动器控制目标降温单元工作。
例如，可以基于第一温度检测组件采集的数据，确定温度处于异常状态的概率大于第二预设概率阈值的温度感应区域作为目标温度感应区域，基于每个目标温度感应区域当前的发热量和位置，从多个降温单元中确定多个目标降温单元；通过每个目标降温单元的第五栅极驱动器控制目标降温单元工作。
在一些实施例中，电源管理模块基于第一温度检测组件和/或第二温度检测组件采集的数据，控制第一常关型氮化镓开关和第二常关型氮化镓开关的状态，包括：
第一温度调节组件工作过程中，通过第一温度检测组件在第一温度调节组件工作过程中的多个时间点采集的温度数据，确定第一温度变化速率，当第一温度变化速率不满足预设要求时，控制第一常关型氮化镓开关处于截止状态并控制第二常关型氮化镓开关处于导通状态；或，
第二温度调节组件工作过程中，通过第二温度检测组件在第二温度调节组件工作过程中的多个时间点采集的温度数据，确定第二温度变化速率，当第二温度变化速率不满足预设要求时，控制第二常关型氮化镓开关处于截止状态并控制第一常关型氮化镓开关处于导通状态。
在一些实施例中，确定第一温度变化速率的方式和确定第二温度变化速率的方式一致，下面以确定第一温度变化速率为例进行说明。
具体的，可以通过以下公式基于第一温度检测组件在第一温度调节组件工作过程中的多个时间点采集的温度数据的方差作为第一温度变化速率，当方差大于预设方差阈值时，判断第一温度变化速率不满足预设要求，控制第一常关型氮化镓开关处于截止状态并控制第二常关型氮化镓开关处于导通状态。
图2是根据本说明书一些实施例所示的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法的流程示意图，一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法可以由上述的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统执行。如图2所示，一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法可以包括以下流程。
步骤S1，检测到电性连接负载，控制第一常关型氮化镓开关处于导通状态，并控制第二常关型氮化镓开关处于截止状态；
步骤S2，获取负载对应的目标充电电压，通过第一常关型氮化镓功率开关电路包括的第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、第三栅极驱动器及第四栅极驱动器控制第一常关型氮化镓功率开关电路包括的第一常关型氮化镓功率晶体管、第二常关型氮化镓功率晶体管、第三常关型氮化镓功率晶体管及第四常关型氮化镓功率晶体管的开关频率或开关时间；
步骤S3，第一温度检测组件在第一充电时间段采集数据，其中，第一充电时间段可以为第一常关型氮化镓功率开关电路处于工作状态，而第一温度调节组件不处于工作状态的时间段；
步骤S4，基于第一温度检测组件在第一充电时间段采集的数据，控制第一温度调节组件工作；
步骤S5，第一温度检测组件在第二充电时间段采集数据，其中，第二充电时间段可以为第一常关型氮化镓功率开关电路和第一温度调节组件均处于工作状态的时间段；
步骤S6，基于第一温度检测组件在第二充电时间段采集的数据，确定第一常关型氮化镓功率开关电路的第一温度变化速率；
步骤S7，当第一温度变化速率不满足预设要求时，控制第一常关型氮化镓开关处于截止状态并控制第二常关型氮化镓开关处于导通状态。
在一些实施例中，一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法还可以包括以下步骤：步骤S8，获取负载对应的目标充电电压，通过第二常关型氮化镓功率开关电路包括的第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、第三栅极驱动器及第四栅极驱动器控制第二常关型氮化镓功率开关电路包括的第一常关型氮化镓功率晶体管、第二常关型氮化镓功率晶体管、第三常关型氮化镓功率晶体管及第四常关型氮化镓功率晶体管的开关频率或开关时间；
步骤S9，第二温度检测组件在第三充电时间段采集数据，其中，第三充电时间段可以为第二常关型氮化镓功率开关电路处于工作状态，而第二温度调节组件不处于工作状态的时间段；
步骤S10，基于第二温度检测组件在第三充电时间段采集的数据，控制第二温度调节组件工作；
步骤S11，第二温度检测组件在第四充电时间段采集数据，，其中，第四充电时间段可以为第二常关型氮化镓功率开关电路和第二温度调节组件均处于工作状态的时间段；
步骤S12，基于第二温度检测组件在第四充电时间段采集的数据，确定第二常关型氮化镓功率开关电路的第二温度变化速率；
步骤S13，当第二温度变化速率不满足预设要求时，执行步骤S1。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。
同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
此外，除非权利要求中明确说明，本说明书所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。
同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。
Claims (10)
1.一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，其特征在于，包括：
负载充电模块，包括依次电性连接的输入滤波电路、第一常关型氮化镓功率开关电路、开关变压器及输出整流滤波电路，所述第一常关型氮化镓功率开关电路上还并联有第二常关型氮化镓功率开关电路，所述输出整流滤波电路的输出端与负载电性连接；
切换开关模块，包括第一常关型氮化镓开关及第二常关型氮化镓开关，其中，所述第一常关型氮化镓开关串联在所述输入滤波电路与所述第一常关型氮化镓功率开关电路之间，所述第二常关型氮化镓开关串联在所述输入滤波电路与所述第二常关型氮化镓功率开关电路之间；
温度检测模块，包括设置在第一常关型氮化镓功率开关电路的第一温度检测组件和设置在所述第二常关型氮化镓功率开关电路的第二温度检测组件；
温度调节模块，包括设置在第一常关型氮化镓功率开关电路的第一温度调节组件和设置在所述第二常关型氮化镓功率开关电路的第二温度调节组件；
电源管理模块，用于接收所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，还用于基于所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，控制所述第一温度调节组件和/或所述第二温度调节组件工作，还用于基于所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，控制所述第一常关型氮化镓开关和所述第二常关型氮化镓开关的状态。
2.根据权利要求1所述的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，其特征在于，所述第一常关型氮化镓功率开关电路的结构与所述第二常关型氮化镓功率开关电路的结构一致；
所述第一常关型氮化镓功率开关电路包括第一常关型氮化镓功率晶体管、第二常关型氮化镓功率晶体管、第三常关型氮化镓功率晶体管及第四常关型氮化镓功率晶体管，其中，所述第一常关型氮化镓功率晶体管、所述第二常关型氮化镓功率晶体管、所述第三常关型氮化镓功率晶体管及所述第四常关型氮化镓功率晶体管组成全桥电路；
所述第一常关型氮化镓功率开关电路还包括第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、第三栅极驱动器及第四栅极驱动器，其中，所述第一栅极驱动器用于驱动所述第一常关型氮化镓功率晶体管的栅极，所述第二栅极驱动器用于驱动所述第二常关型氮化镓功率晶体管的栅极，所述第三栅极驱动器用于驱动所述第三常关型氮化镓功率晶体管的栅极，所述第四栅极驱动器用于驱动所述第四常关型氮化镓功率晶体管的栅极。
3.根据权利要求2所述的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，其特征在于，所述电源管理模块还用于获取所述负载对应的目标充电电压，通过所述第一栅极驱动器、所述第二栅极驱动器、所述第三栅极驱动器及所述第四栅极驱动器控制所述第一常关型氮化镓功率晶体管、所述第二常关型氮化镓功率晶体管、所述第三常关型氮化镓功率晶体管及所述第四常关型氮化镓功率晶体管的开关频率或开关时间。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，其特征在于，所述第一温度检测组件和所述第二温度调节组件的结构一致；
所述第一温度检测组件包括设置在所述第一常关型氮化镓功率开关电路的多个位置处的多个第一温度感应元件。
5.根据权利要求4所述的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，其特征在于，所述第一温度调节组件与所述第二温度调节组件结构一致；
所述第一温度调节组件包括设置在所述第一常关型氮化镓功率开关电路的多个位置处的多个降温单元，其中，所述降温单元包括第五常关型氮化镓功率晶体管、第五栅极驱动器及并联的多个降温元件，所述第五栅极驱动器用于驱动所述第五常关型氮化镓功率晶体管的栅极，外接电源与所述多个降温元件之间串联有所述第五常关型氮化镓功率晶体管，所述第五栅极驱动器与所述电源管理模块电性连接；
所述降温元件包括相互联结的N型半导体件及P型半导体件。
6.根据权利要求5所述的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，其特征在于，所述电源管理模块基于所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，控制所述第一温度调节组件和/或所述第二温度调节组件工作，包括：
当所述第一常关型氮化镓开关处于导通状态，且所述第二常关型氮化镓开关处于截止状态时，基于所述第一温度检测组件采集的数据，判断所述第一常关型氮化镓功率开关电路的温度处于异常状态，控制所述第一温度调节组件工作；
当所述第一常关型氮化镓开关处于截止状态，且所述第二常关型氮化镓开关处于导通状态时，基于所述第二温度检测组件采集的数据，判断所述第二常关型氮化镓功率开关电路的温度处于异常状态，控制所述第二温度调节组件工作。
7.根据权利要求6所述的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，其特征在于，所述电源管理模块判断所述第一常关型氮化镓功率开关电路的温度处于异常状态，控制所述第一温度调节组件工作，包括：
基于所述第一温度检测组件采集的数据，通过预设匹配算法，从所述多个降温单元中确定多个目标降温单元；
通过每个所述目标降温单元的第五栅极驱动器控制所述目标降温单元工作。
8.根据权利要求7所述的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，其特征在于，所述电源管理模块基于所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，控制所述第一常关型氮化镓开关和所述第二常关型氮化镓开关的状态，包括：
所述第一温度调节组件工作过程中，通过所述第一温度检测组件在所述第一温度调节组件工作过程中的多个时间点采集的温度数据，确定第一温度变化速率，当所述第一温度变化速率不满足预设要求时，控制所述第一常关型氮化镓开关处于截止状态并控制所述第二常关型氮化镓开关处于导通状态；或，
所述第二温度调节组件工作过程中，通过所述第二温度检测组件在所述第二温度调节组件工作过程中的多个时间点采集的温度数据，确定第二温度变化速率，当所述第二温度变化速率不满足所述预设要求时，控制所述第二常关型氮化镓开关处于截止状态并控制所述第一常关型氮化镓开关处于导通状态。
9.根据权利要求8所述的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，其特征在于，所述多个第一温度感应元件和所述多个降温单元的位置基于所述第一常关型氮化镓功率开关电路的元件参数确定。
10.一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法，应用于根据权利要求1-9中任意一项所述的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，其特征在于，包括：
检测到电性连接负载后，控制第一常关型氮化镓开关处于导通状态，并控制第二常关型氮化镓开关处于截止状态；
获取所述负载对应的目标充电电压，通过第一常关型氮化镓功率开关电路包括的第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、第三栅极驱动器及第四栅极驱动器控制所述第一常关型氮化镓功率开关电路包括的第一常关型氮化镓功率晶体管、第二常关型氮化镓功率晶体管、第三常关型氮化镓功率晶体管及第四常关型氮化镓功率晶体管的开关频率或开关时间；
第一温度检测组件在第一充电时间段采集数据；
基于所述第一温度检测组件在第一充电时间段采集的数据，控制第一温度调节组件工作；
所述第一温度检测组件在第二充电时间段采集数据；
基于所述第一温度检测组件在第二充电时间段采集的数据，确定所述第一常关型氮化镓功率开关电路的第一温度变化速率；
当所述第一温度变化速率不满足预设要求时，控制所述第一常关型氮化镓开关处于截止状态并控制所述第二常关型氮化镓开关处于导通状态。
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